應用于多波束陣列天線的Butler矩陣的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信技術的迅速發(fā)展，多波束陣列天線因固有的提高系統(tǒng)通信容量特性，在通信技術領域中，尤其在未來5G領域中越來越受關注。Butler矩陣是一種基于模擬技術的多波束形成網(wǎng)絡，因為具有無損耗、結構簡單等優(yōu)點，在多波束陣列天線中具有重要的應用價值。近幾年，對Butler矩陣的研究主要集中對4×4Butler矩陣或8×8Butler等偶數(shù)階矩陣的小型化、寬頻帶、低損耗等方面。偶數(shù)階Butler矩陣只會產(chǎn)生關于法線對稱的波束。本文主要對具有0

2、度軸線方向波束覆蓋的奇數(shù)階Butler矩陣進行研究與設計，提出了3×3Butler陣和5×6Butler矩陣，分別為三波束與五波束天線陣進行饋電。
　　本文首先對國內外近幾年Butler矩陣的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行簡單綜述，并且對Butler矩陣進行簡要介紹和近幾年主要的設計實現(xiàn)方法進行總結。Butler矩陣多波束的基本原理進行分析，包括Butler矩陣方向圖的形成原理和特性以及Butler的基本組件，尤其是對耦合器的原理進行詳細

3、的分析。
　　其次，設計了一個中心頻率為2.0GHz、相對帶寬為30％微帶結構的2×4Butler矩陣。該矩陣結構采用三分支線定向耦合器，改進的Schiffman寬帶移相器和不等分功分器作為基本部件,在傳統(tǒng)3dB耦合器實現(xiàn)兩波束的基礎上結合不等分功分器設計了具有幅度加權的2×4Butler矩陣，從而能夠達到對旁瓣電平有效的抑制。
　　再次,設計了一個中心頻率為2.0GHz微帶線結構3×3Butler矩陣。本文采用了微帶結構對

4、該矩陣進行的實際驗證。在理論和實際結果一致的情況下，由于基片集成波導（SIW）不僅保持了傳統(tǒng)金屬波導的高品質因數(shù)、低插損、低輻射等特性，還具有低剖面、低成本、易于與平面電路集成等優(yōu)點，可以有效地實現(xiàn)無源器件和有源電路之間的集成，本文采用SIW結構設計了中心頻率為10GHz的3×3Butler矩陣和SIW縫隙天線從而構成了具有0度軸線波束覆蓋三波束天線陣。進一步設計了緊湊結構雙層結構SIW結構的三波束天線陣，整體尺寸縮小了48%。

5、　　最后，本文采用兩個3×3Butler矩陣設計了5×6Butler矩陣，該矩陣同樣能夠實現(xiàn)具有0度軸線方向波束的五個波束。首先采用三支節(jié)寬帶耦合器來設計寬帶3×3Butler矩陣，中心頻率為2GHz，相對帶寬為30%，然后通過對5×6Butler矩陣的理論分析，用寬帶3×3Butler矩陣來設計5×6Butler矩陣。實際仿真結果和分析的結果相一致。
　　對上述2×4Butler矩陣和3×3Butler矩陣行加工測試，測試結果與